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T hèm e:M atériaux Dom aine:nouveaux m atériaux

CHA P 12-A CT DO C verresetcéram iques:sivieuxetsitechnologiques!

I- Activité documentaire. D’après Hachette PS 2011 et Nathan Spé PC 2012.

Voici quelques pistes de réflexion sur des matières très connues, mais finalement assez méconnues !

« Le verre est une matière transparente, dure et cassante.Comment fabrique-t-on le verre ? Quelle est sa structure microscopique ? »

« Traditionnellement, une céramique est un objet fabriqué à partir de terre cuite. Mais, au cours du XXèmesiècle, des céramiques « techniques » sont apparues.Que sont les céramiques aujourd’hui ? Quelles sont leurs propriétés ? »

Etudier les 4 documents suivants et répondre aux questions posées à la suite de chacun. Une questionsuivie d’une arobase @ nécessite éventuellement une recherche internet pour pouvoir y répondre.

II- Questions.

1) Le verre.

1.1 Qu’est-ce qu’un fondant ? Quel est son rôle dans la fabrication d’un verre ? @

1.2 Qu’appelle-t-on état vitreux ?

1.3 Quelle différence fondamentale existe-t-il entre un matériau amorphe et un matériau cristallin ?

1.4 A partir des structures de la silice, justifier le caractère amorphe du verre.

1.5 Pourquoi le verre est-il qualifié de liquide figé ?

1.6 Le verre cristal est-il un solide cristallin ? Quel est son usage ? @

1.7 Quel est l’usage des verres sodocalciques et borosilicatés ? @Citer le nom d’un verre borosilicaté très connu.

1.8 Que sont la fibroscopie et l’endoscopie ? @

2) Les céramiques.

2.1 Rechercher la signification des termes irréversible, plasticité, frittage, ductile, faïence, bouclierthermique. @

2.2 Quels sont les principaux avantages et inconvénients des céramiques ?

2.3 Quel est le « matériau » de base des céramiques domestiques utilisées, notamment en poterie ?Quels matériaux sont utilisés pour les céramiques techniques ?

2.4 Les céramiques sont-elles des matériaux à structure amorphe ou cristalline ?

2.5 Quels types de liaisons existent dans les céramiques ?

2.6 Quel est l’avantage d’une vitrocéramique par rapport à une céramique classique ?

2/6III- Documents.

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1) Le verre.

1.1 U nfondantestunoxydealcalin:oxydedesodium N a2O ,oxydedepotassium K2O ,oxyde

dem agnésium M gO ,etc.Ilestm élangéàlasilicepourenabaissersatem pératuredefusion.

1.2 L ’état vitreux caractérise un état de lam atière danslequelsesconstituantssont figés

dansunestructureneprésentantpasd’organisationspatialerégulière.

1.3 U n m atériau cristallin estcaractérisé parune structure spatialerégulièreetorganisée de

sesconstituants,alorsqu’un m atériau am orphe ne présente pasde structure organisée à

grandeéchelle.

1.4 L e schém ade la silice vitreuse (b) m ontre une organisation spatiale irrégulière des

atom esd’oxygèneetdesilicium ,cequijustifielecaractèream orphedu verre.

1.5 L astructure du verre est lam êm e que celle d’un liquide puisque sesconstituantssont

dansun état désordonné.M ais,com m e cesconstituantssont figéslesunsparrapport aux

autres,onpeutconsidérerleverrecom m eunliquidefigé.

1.6 L e cristaln’est pasun solide cristallin.C’est un verre,donc sastructure est am orphe.

Ilest riche en plom b,sousform e d’oxyde de plom b P bO .L e nom de cristalne peut être

utiliséquesilateneurenoxydedeplom b estsupérieureà24 % enm asse.L ’oxydedeplom b

abaisse latem pérature de fusion de lasilice (rôle de fondant)et stabilise lacom position du

verre(rôledestabilisant).L everreestalorsplusfacileàtravailleretàtailler.L everrecristal

est lim pide,trèssonore,trèsrésistant à ladévitrification.Ilest utilisé en gobeleterie et en

verreried’art.

Com plém ent:A vecune teneuren plom b plusélevée (au m oins60 % en m asse),on obtient

unverretrèsdenseutiliséenvitragedeprotectiondesrayonsX (radiologie,parexem ple).

1.7 L es verres sodocalciques contiennent de la silice (≈ 70 % ), de la soude (oxydes de sodium

en fait) (≈ 11 % ) et de la chaux (oxydes de calcium ) (≈ 10 % ). Ce sont des verres courants, de

grande stabilité chim ique,m aissensiblesaux chocstherm iques. Ilssont utiliséspour la

fabricationdesbouteilles,desplats,desam poulesélectriques,etc.

L es verres borosilicatés contiennent de la silice (≈ 80 % ), de l’oxyde de bore B2O 3 (≈ 12 % ), de

la soude (≈ 4 % ), de l’alum ine (≈ 2 % ). Ces verres présentent une grande stabilité chim ique et

unegranderésistanceàlachaleur.Ilssontutiliséspourl’isolationtherm ique(fibresdeverre)

etpourlestockagededéchetsradioactifs.

L everreP yrex estunexem pledeverreborosilicaté.

1.8 L ’endoscopie est une m éthode d’exploration m édicale et industrielle perm ettant de

visualiser l’intérieur de conduitsou de cavitésinaccessiblesà l’œ il. U n endoscope est

constituéd’untubeflexible,d’unsystèm ed’éclairageetd’unecam éraplacésàl’extrém ité.

L afibroscopieestuneendoscopiedontletubeflexibleestconstituédefibresoptiques.

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2) Les céramiques.

2.1 Irréversible:qualifieunphénom ènequinesedéroulequedansunseulsens,sur

lequelonnepeutpasrevenir.

P lasticité:caractèredecequiestplastique,quipeutêtrem odelé.

Frittage:fabricationdecéram iquesconsistantàchaufferunepoudresansatteindrela

fusion.S ousl’effetdelachaleur,lesgrainssesoudent,cequiassurelacohésiondela

céram ique.

Ductile:quipeutêtreétirésansserom pre.

Faïence:poterieàbased’argile,recouverted’ém ailou devernis.

Boucliertherm ique:dispositifdestinéàprotégerunengincontrel’échauffem ent

cinétique(enastronautique).Ilsperm ettentdeprotégerlesenginsspatiaux des

tem pératurestrèsélevéesatteintesparfrottem entavecl’atm osphère,lorsquel’enginest

entouréparunplasm a.

2.2 L esavantagesdescéram iquessontlarésistanceàl’usureetladuretéélevée.

L esinconvénientssontlafragilité(m atériau cassant),lanon-ductilitéetlasensibilitéaux

chocstherm iques.

2.3 L em atériau debasedescéram iquesdom estiquesestl’argile(exem ple:lekaolin).

L escéram iquestechniquessontobtenuesàpartird’oxydes(oxyded’alum inium ,oxydede

zirconium ,etc.)ou denon-oxydes(carburedetitane,carburedetungstène,nitrurede

bore,nitrured’alum inium ,nitruredesilicium ,etc.).

2.4 L escéram iquessontdesm atériaux àstructurecristalline,plusexactem ent

polycristalline.

2.5 L esliaisonsdanslescéram iques,sontsoitioniques,soitcovalentes.

2.6 U nevitrocéram iqueestparticulièrem entrésistanteaux chocstherm iques,cequin’est

paslecasdescéram iquesclassiques.